www.engeology.eu    1  

RILEVAMENTO GEOLOGICO – TECNICO a cura di V. Francani vincenzo.francani@polimi.it 

 Indice  1  CLASSIFICAZIONE DELLE ROCCE ................................................................................................................ 2 

2  LA SISTEMATIZZAZIONE DELLE DISCONTINUITÀ ................................ Errore. Il segnalibro non è definito. 

3  CLASSIFICAZIONE QUALITATIVA ................................................................................................................ 6 

3.1  Commento sulle classificazioni qualitative ........................................................................................ 7 

4  PARAMETRI PER LA CLASSIFICAZIONE QUANTITATIVA DEGLI AMMASSI ROCCIOSI ................................. 8 

4.1  Determinazione della resistenza alla compressione ......................................................................... 8 

4.1.1  Point Load Test .......................................................................................................................... 9 

4.1.2  Martello di Schmidt (sclerometro) .......................................................................................... 10 

4.1.3  RQD (Rock Quality Designation Index) .................................................................................... 11 

4.2  Scabrezza delle discontinuità .......................................................................................................... 12 

4.2.1  Intercetta delle discontinuità, spaziatura, persistenza e apertura.......................................... 13 

4.3  Classificazione semiquantitativa di Bieniawski ................................................................................ 14 

4.4  Classificazione completa di Bieniawski (RMR) ................................................................................. 15 

          

www.engeology.eu    2  

  

Queste indagini sono destinate ad evidenziare le caratteristiche tecniche delle rocce e a riportarle su  una  cartografia  topografica,  in  modo  che  si  possa  avere  una  visione  integrata  delle  loro proprietà. La descrizione della roccia permette il suo inserimento in una classificazione che rende conto della sua  attitudine  a  sopportare  gli  effetti  di  un  progetto  che  comporti  un  cambiamento  nelle condizioni in cui si trova, per effetto ad esempio dell’ aumento del carico su di essa, o di uno scavo o del prelievo di acqua. Le classificazioni sono qualitative quando danno un’indicazione sommaria della roccia, basata sul suo  aspetto  e  sulle  caratteristiche  litologiche  rilevabili  sul  terreno,  o  quantitative  quando  sono basate su prove di campo o di laboratorio. Al  fine di ottenere una classificazione,  si  incrociano almeno  tre elementi:  lo  stato di alterazione della roccia, lo stato di tettonizzazione, la struttura geologica e la storia delle deformazioni subite dalla roccia. 

1 CLASSIFICAZIONE DELLE ROCCE 

a)  STATO DI ALTERAZIONE: Classificazione di Dearman et al.  

6 SUOLO: scomparsa della struttura originaria 

5 COMPLETAMENTE ALTERATA: roccia totalmente friabile, che conserva la stuttura originale 

4 MOLTO ALTERATA: scolorita e  le discontinuità se aperte sono macchiate da limonite; la struttura originaria della roccia vicino alle discontinuità è alterata, e 

rimangono lasciando solo alcuni nuclei intatti; la  massa è in parte friabile, meno del 50% è roccia. 

3. MEDIAMENTE ALTERATA: scolorita , discontinuità  se aperte mostrano superfici scolorite con alterazione penetrante; la massa della roccia non è 

friabile, la roccia costituisce il 50‐90% del volume 

 

2 ROCCIA CON TRACCE DI ALTERAZIONE: deboli decolorazioni vicino alle discontinuita’ che possono essere spaziate oltre i 6 cm, tracce di decomposizione 

di alcuni minerali  

1 ROCCIA SANA: non mostra tracce di decolorazione, né perdita di resistenza, le discontinuità sono chiuse  

6 

5 

 

 

4 

 

3  

 

2 

 

 

1 

www.engeology.eu    3  

b)  GRADO DI TETTONIZZAZIONE  Intorno alle  zone di  faglia e  sovrascorrimento  la  fratturazione è  così accentuata  che  si possono distinguere almeno tre comparti (Figura 1):  1)  quello  che  costituisce  la  vera  e  propria  zona  di  faglia,  con  miloniti,  fratture  aperte  e ondulate (lenti o “fishes”), povera o priva di stratificazioni  (zona A); 2)  la zona di transizione (zona B), in cui ci sono ancora fishes e livelli tettonizzati intercalati a roccia più compatta, dove prevale la fratturazione; 3)  La zona di roccia “normale” con prevalenti strutture primarie (zona C).   

 

Figura 1 – Classificazione dei tre comparti del grado di tettonizzazione della roccia 

 c)  EFFETTI DELLA STORIA GEOLOGICA DEL SITO  La  formazione  delle  catene  montuose  in  seguito  all’avvicinamento  dei  blocchi  continentali determina forti spinte tangenziali e sollevamenti. Si ha,  in tal caso, semplice piegamento, oppure piegamento accompagnato da scorrimento  lungo le discontinuità.  Se  la  roccia  contiene  livelli  fragili questi  si  fratturano, mentre  i  livelli plastici  si deformano in pieghe e pieghe‐faglie. Le rocce reagiscono secondo due modalità: fratturazione oppure piegamento.  a)  fratturazione Se  le  rocce    sono  compatte e povere o prive di discontinuità  (fragili),  si  fratturano.  Lo  stato di fratturazione può essere da appena accennato a totale (polverizzazione).  b)  piegamento Se le rocce sono deformabili plasticamente (duttili), si piegano.  

www.engeology.eu    4  

Le  deformazioni  dovute  al  piegamento  si manifestano nell’apertura di  fratture di  tensione nei  livelli  posti  alla  periferia  della  piega,  e  di fratture di compressione al nucleo (Figura 2). Le  fratture  generalmente  si  dispongono  in modo da  convergere  verso  il  nucleo,  o  da  essere subparallele all’asse della piega. Gli strati scorrono gli uni sugli altri, determinando pieghe secondarie nei livelli più plastici. Lo scollamento dei livelli più esterni fa sì che gli strati non si conservino paralleli, e che si vengano invece a formare larghi vuoti fra uno strato e l’altro, che sono all’origine di debolezza per la roccia che ha subito questo processo. La storia geologica del sito, se presenta episodi anche brevi di emersione della roccia, influenza la resistenza dell’ammasso, che ne viene compromessa per  i fenomeni di alterazione che durante  il periodo di esposizione agli agenti atmosferici possono averne interessato i comparti superficiali. È questo  il motivo per  il quale  le rocce sulle quali si è  impostata una trasgressione presentano  in generale minore resistenza rispetto agli ammassi rocciosi che non hanno subito questo processo. 

2 TIPOLOGIE DI DISCONTINUITÀ 

Le fratture e le superfici di stratificazione e scistosità si dispongono in sistemi di elementi fra loro paralleli dotati di una propria giacitura (Figura 3).  

Data  la  loro  importanza  ai  fini  della  conoscenza  delle  proprietà meccaniche  della  roccia,  esse vanno rilevate con particolare attenzione.  L’ammasso  roccioso,  suddiviso  dalle  discontinuità,  risulta  composto  da  elementi  discreti  di materiale roccia, indicati come volumi rocciosi unitari. 

Se α, β e  γ  sono gli angoli  compresi  tra  le  superfici dei vari  sistemi di discontinuità, è possibile scrivere la relazione che fornisce il volume unitario:   

γβα sensensensssV⋅⋅

⋅⋅= 321

Figura 2 – Deformazioni dovute al piegamento 

Figura 3 – Riconoscimento dei sistemi di discontinuità e definizione di un volume roccioso unitario 

www.engeology.eu    5  

Essenzialmente si confrontano due casi: quello della roccia fittamente fratturata, con persistenza molto elevata delle discontinuità e intercette molto ridotte, quindi con volumi unitari decimetrici o centimetrici, e quello della roccia con poche isolate discontinuità.   Nel primo caso la roccia si comporta come terreno  sciolto (es.ghiaia, Figura 4);       nel  secondo  (Figura  5)  le  caratteristiche meccaniche  della  roccia non sono influenzate sensibilmente dalla fratturazione.     A  Seconda  che  litologia,  struttura  geologica,  tettonica  e  alterazione  favoriscano  la  resistenza 

meccanica  dell’ammasso  roccioso  o,  al  contrario,  producano condizioni  di  debolezza,  è  possibile  attribuire  una  qualifica generale all’ammasso roccioso (classificazione qualitativa). 

   

Figura 4 – Caso di roccia molto fratturata 

Figura 5 – Caso di roccia compatta 

www.engeology.eu    6  

3 CLASSIFICAZIONE QUALITATIVA 

Nel seguito è riportato un esempio di questo tipo di classificazione, che comporta sei classi , e non richiede prove di terreno o di laboratorio.  Prima categoria (Figura 6) Roccia di ottima qualità Resistenza meccanica elevata, volumi unitari superiori a 0,5 metri cubi Comporta ammassi rocciosi disposti su elevate pendenza anche  su  altezze di  centinaia di metri,  con  scarse  coltri detritiche alla base        Seconda categoria (Figura 7) Roccia di resistenza meccanica buona , mediamente fratturata con pochi livelli deboli  Dà luogo a rilievi simili a quelli della prima categoria, con estesi coni di detrito    

   Terza categoria (Figura 8) Roccia “normale”: fratturata con aperture ridotte e ben stratificata,  con  molti  livelli  a  resistenza  meccanica scarsa. Pareti  di  qualche  decina  di metri,  con  estese  falde  di detrito e frane di piccole dimensioni  

  

   

Figura 6 – Esempio di roccia di prima categoria

Figura 7 – Esempio di roccia di seconda categoria

Figura 8 – Esempio di roccia di terza categoria 

www.engeology.eu    7  

   Quarta categoria (Figura 9) Roccia con  resistenza meccanica mediocre, con molti  livelli deboli, anche di miloniti o cataclasiti, fratture perte e oblique rispetto alla stratificazione o scistosità. Pareti  rocciose  contraddistinte  da  evidenti  movimenti  lungo  le principali discontinuità e massicce falde detritiche e frane     

   

Quinta categoria Le argille, le argilliti e le marne argillose, e tutte le rocce decomposte per alterazione fisico‐chimica dotate di coesione.  Sesta categoria Roccia  pessima,  priva  di  coesione,  con  volumi  unitari  inferiori  al  decimetro  cubo,  presenza  di cataclasiti. Queste  rocce  danno  luogo  a  grandi  frane  e  ad  avvallamenti  profondi  con  frane    lungo  i  loro versanti. 

3.1 COMMENTO SULLE CLASSIFICAZIONI QUALITATIVE 

Si osserva che la mancanza di parametri di riferimento rende queste classificazioni poco oggettive, dando  comunque  la  possibilità  di  orientare  con  chiarezza  l’utilizzatore  circa  il  comportamento degli  ammassi  in  oggetto.  Invece,  le  classificazioni  quantitative  o  semiquantitative,  quali  ad esempio  quella  di  Bieniawski,  permettono  di  fare  un  passo  in  più  verso  l’identificazione  della propensione  al dissesto. Esse orientano  infatti  con maggiore  approssimazione  verso  i  valori dei parametri‐base della roccia, tramite i risultati di prove sul terreno o in laboratorio. Si può passare quindi  ad una  valutazione più dettagliata e oggettiva  introducendo  le misure di indici  e  parametri  sperimentali  .  In  tal  modo  la  resistenza  dell’ammasso  roccioso  diviene confrontabile su basi quantitative con  quella degli altri ammassi. 

   

Figura 9 – Esempio di roccia di quarta categoria 

www.engeology.eu      

8

4 PARAMETRI PER LA CLASSIFICAZIONE QUANTITATIVA DEGLI AMMASSI ROCCIOSI 

La classificazione quantitativa avviene sulla base dei seguenti indici:  

1. Resistenza della roccia alla compressione  2. Resistenza dei giunti (point load test) 3. Rock Quality Designation (RQD) 4. Scabrezza dei giunti 5. Volume unitario 6. Intercetta 7. Spaziatura dei giunti 8. Apertura dei giunti 

 

4.1 DETERMINAZIONE DELLA RESISTENZA ALLA COMPRESSIONE 

  PROVE  DI  COMPRESSIONE  MONOASSIALE  (Figura 10):  rapida  (non drenata)  su provino  sagomato   

σc = P/A     

  POINT  LOAD  STRENGHT  TEST  (Figura  11):  su  provino  di  forma  irregolare, 

fornisce indirettamente la σc   σc = P/D2*coeff. Empirico 

   

  MARTELLO  DI  SCHMIDT  O  SCLEROMETRO  (Figura  12):  in  sito,  su  porzione 

superficiale della roccia   σc apparente      

Figura 10 – Prova di compressione monoassiale 

Figura 11 ‐ PLT 

Figura 12 ‐ Sclerometro 

www.engeology.eu    9  

4.1.1 Point Load Test 

Non occorre preparare e sagomare il provino. Consiste  nel  comprimere  un  campione  di  roccia,  posizionato  tra  due  punte  coniche  fino  a provocarne la rottura (Figura 13). Si ottiene così l’indice di Point Load (Is), dal quale si può risalire tramite una relazione empirica, alla resistenza a compressione monoassiale.  

 

Figura 13 – Effettuazione di un Point Load Test 

Definito P il carico a rottura, D la distanza tra i due punti di applicazione della forza, si ha 2

][][ / cmKNS DPI =  

Per arrivare ad un valore di resistenza a compressione 24*)50(Sc I=σ  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

ROCCIA COMPRESSIONE 

[MPa] TRAZIONE[MPa] 

TAGLIO [MPa] 

GRANITO DIORITE GABBRO BASALTO ARENARIA ARGILLITE CALCARE DOLOMIA QUARZITE GNEISS MARMO ARDESIA 

100‐250180‐300 180‐300 150‐300 20‐170 10‐100 30‐250 80‐250 150‐300 50‐200 100‐250 100‐200 

15‐2515‐30 15‐30 10‐30 4‐25 2‐10 15‐25 15‐25 10‐30 5‐20 7‐20 7‐20 

15‐50 20‐60 8‐40 3‐30 10‐50 20‐60 15‐30 

D

www.engeology.eu    10  

4.1.2 Martello di Schmidt (sclerometro)  

Si tratta di uno strumento da utilizzarsi in campo per stimare la σc (apparente) nella porzione più superficiale della roccia.  Lo strumento è costituito da una massa battente proiettata da una molla contro un’asta metallica di percussione appoggiata direttamente  sulla  roccia. Dal  rimbalzo elastico della massa,  funzione della  quantità  di  energia  elastica  restituita  dal  materiale  su  cui  viene  effettuata  la  prova,  è possibile risalire alla resistenza a compressione del materiale stesso (Figura 14). 

   

Figura 14 ‐ Sclerometro 

   La  resistenza  delle  pareti  è  la resistenza  a  compressione equivalente dei  lembi affacciati  in una  discontinuità.  Può  essere minore  della  resistenza  della roccia massiccia  per  l’esposizione agli  agenti  atmosferici  o  per l’alterazione  delle  pareti.  Per  la misura della resistenza delle pareti si utilizza lo sclerometro. 

   

Figura 15 – Carta di correlazione per il martello di Schmidt 

www.engeology.eu    11  

4.1.3 RQD (Rock Quality Designation Index) 

 Il  valore  si  ottiene  estraendo  dal campionatore  dei  sondaggi  il  cilindro (carota) di roccia perforata (Figura 16). Si sommano  le  lunghezze  degli  spezzoni pari o  superiori ai 10  cm e  si  calcola  la percentuale  della  lunghezza  totale  così ottenuta  rispetto  alla  lunghezza  totale della perforazione. Sommando gli spezzoni di:  (10+20+20+20+30+20 )cm =120 cm  e  confrontando  questo  totale  con  la lunghezza della perforazione (160 cm) si ottiene : 120/160 = 0,75. L’RQD è quindi pari al 75% 

 Quando non  si hanno a disposizione dei 

sondaggi, il valore di RQD può essere stimato tramite delle relazioni empiriche, quali ad esempio:  

  RQD=(115–3.3∗Jv) Jv = numero di  discontinuità per unità di volume    RQD =100(0.1 f + 1)–0.1f  f = numero di discontinuità per metro o  frequenza      

Figura 16 – Esempio di misura di RQD 

www.engeology.eu    12  

4.2 SCABREZZA DELLE DISCONTINUITÀ 

 Le superfici delle discontinuità possono essere lisce, ondulate, seghettate o irregolari. La rugosità rappresenta  l’altezza  media  delle  asperità  della  superficie  rispetto  all’apertura  media.  Viene rilevata tramite una dima (shape tracer o Pettine di Barton, Figura 17). 

 

Figura 17 – Misura della rugosità 

   

www.engeology.eu    13  

4.2.1 Intercetta delle discontinuità, spaziatura, persistenza e apertura 

 Intercetta L’intercetta  viene  misurata  senza  considerare  l’appartenenza  delle  discontinuità  alle  varie famiglie; rappresenta la distanza media delle discontinuità rispetto ad una base di misura. L’inverso dell’intercetta, ossia il numero di discontinuità per metro, viene indicata come frequenza o intensità di fratturazione: f=1/i.  Spaziatura La spaziatura delle fratture di un sistema è definita come la distanza geometrica fra i due piani sui quali giacciono due discontinuità di una medesima famiglia.  Persistenza La persistenza può essere definita come il rapporto percentuale fra l’area di effettiva separazione fra  le  pareti  (isolamento  di  blocchi)  e  l’area  del  piano  che  contiene  la  discontinuità  stessa.  In genere: 

se  la persistenza è  inferiore al 25%,  la resistenza al taglio dell’ammasso roccioso dipende quasi esclusivamente dalle caratteristiche meccaniche del materiale roccia,  

se  la  persistenza  è  superiore  all’80%,  il  comportamento  dell’ammasso  roccioso  è condizionato essenzialmente dalla resistenza al taglio lungo le discontinuità. 

Data  la difficoltà di misurare  la persistenza, questa è data dalla  lunghezza della discontinuità sul fronte di esposizione.  Apertura Le  fratture presenti all’interno di un ammasso  roccioso possono essere  chiuse  (contatto  roccia‐roccia) o aperte (senza materiale di riempimento o con materiale di riempimento). L’apertura è la distanza tra le pareti delle discontinuità, cioè tra le superfici che la delimitano. Le misure, distinte per  famiglie,  vengono  effettuate  con  uno  spessimetro  o  un  calibro.  Le  aperture  misurate  in affioramento  possono  essere  influenzate  da  fattori  esterni,  quali  il  rilascio  tensionale  e l’alterazione  superficiale,  e  risultano  generalmente  maggiori  di  quelle  esistenti  all’interno dell’ammasso roccioso.    

www.engeology.eu    14  

Si ha la seguente classificazione delle aperture (Tabella 1). 

Tabella 1 – Classificazione delle aperture della roccia 

Apertura [mm]  Classe di apertura 

< 0.1  Serrata

0.10 ‐ 0.25  Chiusa

0.25 ‐ 0.50  Parzialmente aperta 

0.50 ‐ 2.50  Aperta

2.50 ‐ 10.00  Moderatamente larga 

> 10  Larga

 

4.3 CLASSIFICAZIONE SEMIQUANTITATIVA DI BIENIAWSKI 

 La  prima  classificazione  semiquantitativa  suddivide  gli  ammassi  in  funzione  della  resistenza  a compressione monoassiale della roccia intatta e della spaziatura delle discontinuità attribuendo a  ciascuna  delle  classi  così  individuate  anche  un  valore  di  coesione  e  di  attrito  (Figura  18  – Classificazione semiquantitativa di Beniawski). 

 

Figura 18 – Classificazione semiquantitativa di Beniawski 

 

4.4 CLASSIFICAZIONE COMPLETA DI BIENIAWSKI (RMR) 

Si basa su un punteggio da assegnare alla roccia, ricavato dall’analisi di cinque parametri:  resistenza a compressione  RQD  spaziatura dei giunti  condizioni dei giunti (apertura, rugosità,   persistenza, alterazione, riempimento)  condizioni idrauliche dei giunti 

 1.  Resistenza a  compressione: ottenuta  tramite  le prove di  compressione monoassiale o  il Point Load Test; 2.  RQD: rappresenta la percentuale di recupero modificata di un sondaggio.  Il valore di RQD può essere stimato anche tramite relazioni empiriche:  

  RQD=(115 – 3.3∗Jv)  (Jv = numero di discontinuità per unità di volume)   RQD =100(0.1 f + 1)e –0.1f  (f = numero di  discontinuità per metro =frequenza) 3.Spaziatura dei giunti 4.Condizioni dei giunti: alterazione, apertura, persistenza, rugosità e riempimento Tramite un’apposita tabella (Figura 19 – Classificazione completa di Beniawski), viene attribuita a ciascun  parametro  un  valore  numerico.  La  somma  dei  valori  dei  cinque  parametri  fornisce  il punteggio qualità dell’ammasso (RMR).  

 

Figura 19 – Classificazione completa di Beniawski 

www.engeology.eu    15